Onderzoek toont aan dat microalgen belangrijker zijn voor CO₂-absorptie in de Zuidelijke Oceaan dan eerder gedacht

Algenbloei in de Zuidelijke Oceaan heeft CO₂-niveaus aanzienlijk verlaagd

Ongeveer 14.000 jaar geleden hielpen algenbloei in de Zuidelijke Oceaan om de wereldwijde kooldioxideconcentraties in de atmosfeer drastisch te verlagen, zo blijkt uit nieuwe analyses van oude DNA gepubliceerd door een team van het Alfred Wegener Instituut (AWI) in het tijdschrift Nature Geoscience. In de oceaan rond het Antarctisch continent hadden deze algenbloei een significante impact op de wereldwijde koolstofdynamiek. De huidige en verwachte afname van zee-ijs in dit gebied vormt nu een serieuze bedreiging voor deze algen, wat wereldwijde gevolgen zou kunnen hebben.

Aan het einde van de laatste ijstijd vertraagde de opwarming op het zuidelijk halfrond tijdelijk in een fase die bekend staat als de Antarctische Koude Omkering (ACR). De studie onthult dat de speciale klimatologische omstandigheden van deze periode – met name de uitgestrekte zee-ijsgroei in de winter, gevolgd door sterke seizoensgebonden smelting in het voorjaar – massale algenbloei van het geslacht Phaeocystis in de Zuidelijke Oceaan bevorderde. Deze bloei absorbeerde grote hoeveelheden kooldioxide, waardoor de toename van dit klimaatbeschadigende gas in de atmosfeer aanzienlijk werd vertraagd.

Het AWI-onderzoeksteam kon deze verbinding voor het eerst aantonen door zogenaamde sedimentaire oude DNA (sedaDNA) te onderzoeken – genetisch materiaal dat duizenden jaren in de zeebodem is bewaard. Phaeocystis laat namelijk geen klassieke microfossielen achter en bleef daardoor onzichtbaar in eerdere klimaatarcieven. Tot nu toe was het niet mogelijk om zijn aanwezigheid te detecteren met klassieke geochemische methoden.

Bij het uitvoeren van hun studie onderzocht het AWI-team een sedimentkern van bijna 2.000 meter diep in de Bransfieldstraat, ten noorden van het Antarctisch schiereiland. De kern bevat sedaDNA van de afgelopen 14.000 jaar. De onderzoekers hebben dit uit de sedimentkernen geëxtraheerd om veranderingen in biologische gemeenschappen in de loop van de tijd te bestuderen.

“Onze studie toont aan dat deze algenbloei heeft bijgedragen aan een significante vermindering van de wereldwijde atmosferische CO₂-niveaus tijdens een klimatologisch belangrijke overgangsfase die wordt gekenmerkt door een hoge zee-ijsgrootte,” legt Josefine Friederike Weiß van AWI uit, hoofdauteur van de studie.

Dit komt omdat de sedimentkern een hoge verhouding van barium (Ba) tot ijzer (Fe) vertoont voor deze fase – een verhouding die wordt beschouwd als een indicator van organische koolstofinvoer en -afzetting, omdat deze verband houdt met biologische productiviteit in het oppervlaktewater.

“Hoe verder het zee-ijs in de winter uitbreidt, hoe groter het gebied in de lente waar voedingsrijk smeltwater het oppervlaktezeewater binnendringt – en dus de zone waar Phaeocystis-algen ideale groeicondities vinden. Als gevolg hiervan leidt een grotere zee-ijsgrootte direct tot een groter gebied met hoge algproductiviteit,” voegt Friederike Weiß toe.

Dergelijke biologische processen in de oceaan zijn nauw verbonden met wereldwijde klimaatevenementen, zelfs als ze onzichtbaar blijven voor het menselijke oog. Bovendien hebben de grootschalige Phaeocystis-bloei invloed gehad op voedselwebben en de voedingsverdeling in de Zuidelijke Oceaan, wat een complexe kettingreactie teweegbracht: van veranderingen in de planktonsamenstelling en verschoven biogeochemische cycli tot verhoogd koolstoftransport naar de diepten, beïnvloedden ze de ecologische balans en de koolstofcyclus over lange perioden.

Vandaag de dag is Phaeocystis bijzonder bedreigd in Antarctica, gezien de langetermijntrend van zee-ijsverlies en, in het bijzonder, de recente dramatische afname in de Zuidelijke Oceaan, die zijn leefomstandigheden aanzienlijk verandert. Het verlies van deze belangrijke algenbloei zou lokale ecosystemen kunnen destabiliseren.

Hoewel andere algensoorten, zoals diatomeeën, zouden kunnen profiteren van ijsvrije omstandigheden, zou de structuur van het voedselweb fundamenteel veranderen. Bovendien is Phaeocystis bijzonder efficiënt in het transporteren van koolstof naar de diepe zee. Daarom zou een afname van zijn bloei kunnen betekenen dat er minder koolstof in de oceaan als geheel wordt opgeslagen, wat op de lange termijn de klimaatverandering zou kunnen verergeren.

Bovendien produceert Phaeocystis dimethylsulfide (DMS), een gas dat de vorming van wolken bevordert en zo de reflectie van zonlicht verhoogt. Het verlies van algenbloei zou ook een negatieve impact kunnen hebben op de wolkenvorming en dus op de klimaatregulatie, wat op zijn beurt zou leiden tot een extra, versterkend effect op het klimaat.

Enerzijds biedt de studie van de AWI-wetenschappers nieuwe inzichten in de rol van de Zuidelijke Oceaan en zijn micro-organismen in de wereldwijde klimaatgebeurtenissen van het verleden, die met traditionele methoden in sedimentarchieven niet eerder konden worden gedetecteerd. Anderzijds toont het voor het eerst aan dat eerdere geologische onderzoeksmethoden, in combinatie met sedimentaire oude DNA, hebben geleid tot een realistischere reconstructie van vroegere ecosystemen en ons begrip van eerdere kooldioxide-fluctuaties. Dit zal de weg vrijmaken voor meer gedifferentieerde beoordelingen van toekomstige ontwikkelingen in het klimaatsysteem.

De analyse van deze geologische processen benadrukt de cruciale rol die biologische processen spelen in klimaatregulatie. Deze bevinding onderstreept het belang van het geven van meer aandacht aan mariene ecosystemen in huidig klimaatonderzoek en in toekomstige voorspellingen.

Met betrekking tot verder onderzoek betekent dit dat de combinatie van DNA-analyses en geologische methoden verder moet worden verbeterd om een nog nauwkeuriger beeld van de klimaatveranderingen uit het verleden te verkrijgen en te schetsen. Bovendien zouden individuele belangrijke organismen, zoals Phaeocystis, gedetailleerder moeten worden bestudeerd om hun invloed op de koolstofcyclus en het klimaat beter te begrijpen. Dit zal niet alleen leiden tot betere klimaatvoorspellingen, maar ook de mogelijkheid bieden om potentiële ingrijpende ecologische veranderingen in de oceaan vroegtijdig te identificeren en de gevolgen dienovereenkomstig te beoordelen.